Simulação digital para desenvolver fieiras inteligentes

Quantas vezes é preciso fabricar uma ferramenta até ela funcionar? No caso das fieiras destinadas à produção de perfis com geometrias complexas, a resposta pode chegar às 15 tentativas. O SIMATRIX pretende reduzir esse número para apenas duas ou três, simulando em computador aquilo que, atualmente, só é possível descobrir na linha de produção.

Liderado pela SIMATRI – Sistemas de Maquinação Tridimensional, Lda., fabricante de moldes e ferramentas, o consórcio integra a Faria & Morouço, S.A., especializada na transformação de plásticos por extrusão. As duas empresas estão sediadas em Maceira, no concelho de Leiria. Participam também no projeto o Instituto Superior de Engenharia do Porto, o PIEP – Associação Pólo de Inovação em Engenharia de Polímeros e a Universidade do Minho.

O custo da tentativa e erro

A fieira é a ferramenta que dá forma ao perfil. O material atravessa-a e sai com a secção pretendida. Quando essa secção apresenta uma geometria complexa, prever o comportamento do polímero no interior da ferramenta torna-se particularmente difícil. É necessário compreender como o material escoa, como arrefece e onde podem surgir instabilidades ou defeitos.

Por esse motivo, o desenvolvimento de novas fieiras continua a depender, em grande medida, da experiência empírica. Fabrica-se a ferramenta, testa-se, identificam-se os problemas, introduzem-se correções e volta-se a testar. Cada ciclo consome tempo, materiais e recursos financeiros, atrasando a entrada da ferramenta e do respetivo produto em produção. A dificuldade aumenta quando o perfil é reforçado com fibra contínua. O polímero tem de envolver e impregnar as fibras de forma uniforme, sendo que pequenas variações de temperatura, pressão ou velocidade podem comprometer a qualidade do resultado final.

Simular antes de maquinar

A resposta do SIMATRIX começa na modelação numérica. O consórcio está a desenvolver modelos capazes de reproduzir o que acontece no interior da fieira, desde o escoamento do polímero e a impregnação das fibras até à variação da viscosidade e à estabilidade do processo. Com estas ferramentas, o desenho da fieira poderá ser testado e otimizado virtualmente antes do início da maquinação.

A redução do número de protótipos físicos deverá traduzir-se em menores custos de desenvolvimento, prazos mais curtos e maior fiabilidade das ferramentas produzidas.

“A possibilidade de simular o comportamento da ferramenta antes da maquinação altera profundamente o processo de desenvolvimento. Permite-nos antecipar problemas, reduzir correções e chegar mais depressa a uma solução industrial fiável, tanto para quem fabrica a ferramenta como para quem a utiliza”, explica Pedro Rodrigues, gerente da SIMATRI – Sistemas de Maquinação Tridimensional, Lda. e CEO da Faria & Morouço, S.A..

Fieiras com sensores e gémeos digitais

As novas fieiras serão instrumentadas com sensores capazes de recolher dados durante a produção. Essa informação será cruzada com os resultados das simulações, recorrendo a modelos de inteligência artificial. Da combinação entre simulação e dados industriais resultarão gémeos digitais híbridos, réplicas virtuais que integram modelos físicos e informação recolhida durante o processo produtivo.

O objetivo é desenvolver ferramentas capazes de prever defeitos, antecipar desvios e apoiar a otimização das condições de fabrico em tempo quase real. Em vez de reagir apenas depois de surgir um problema na linha de produção, será possível acompanhar o comportamento do processo e ajustar parâmetros como a temperatura, a pressão ou a velocidade.

Dois processos, a mesma abordagem

O projeto aplica esta metodologia a dois processos industriais: a extrusão com fibra contínua e a pultrusão termoplástica. Na extrusão com fibra contínua, o reforço é incorporado durante a produção dos perfis termoplásticos. Esta abordagem representa uma evolução tecnológica para uma indústria portuguesa com competências já consolidadas na extrusão de perfis. O segundo processo é a pultrusão termoplástica. Na pultrusão, as fibras impregnadas são puxadas através da fieira, adquirindo progressivamente a forma pretendida.

Embora a pultrusão com resinas termoendurecíveis seja uma tecnologia industrial estabelecida, a variante termoplástica permanece emergente. Segundo o consórcio, esta tecnologia continua praticamente inexistente à escala industrial em Portugal, encontrando-se sobretudo presente em iniciativas-piloto desenvolvidas por instituições de investigação, algumas das quais participam no SIMATRIX. Nesta vertente, o projeto pretende demonstrar um processo de pultrusão termoplástica com incorporação de, pelo menos, 80% de polímero reciclado na matriz, reforçada com fibra de vidro. O objetivo é igualmente produzir perfis 100% recicláveis no final da sua vida útil e demonstrar um desempenho mecânico equivalente ou superior ao dos perfis fabricados com polímero virgem.

Da ferramenta ao mercado

As primeiras aplicações encontram-se orientadas para o setor da construção, nomeadamente para perfis de janela, caixilharias, fachadas e estruturas leves. Numa fase posterior, as soluções desenvolvidas poderão ser aplicadas em setores mais exigentes, como os transportes e a indústria aeronáutica. Para a indústria nacional de moldes e ferramentas, o projeto representa uma oportunidade de progressão na cadeia de valor. A oferta de ferramentas desenvolvidas com recurso à simulação e preparadas para processos industriais avançados permitirá competir pelo conhecimento, pela fiabilidade e pelo valor acrescentado, e não apenas pelo preço.

O SIMATRIX poderá também contribuir para reforçar a capacidade tecnológica das empresas envolvidas, criando novas oportunidades de internacionalização em mercados que procuram materiais mais leves, recicláveis e com elevado desempenho.

“O apoio do COMPETE 2030 permite reunir competências industriais e científicas que dificilmente poderiam ser mobilizadas isoladamente. É esse esforço conjunto que nos dá condições para assumir o risco tecnológico, desenvolver conhecimento em Portugal e transformar os resultados em soluções com potencial internacional”, sublinha Pedro Rodrigues.

Inovação portuguesa com ambição internacional

O projeto decorre até ao final de 2028.

Os resultados serão divulgados através de publicações científicas, conferências internacionais, workshops técnicos abertos e ações de demonstração em contexto industrial. O consórcio prevê também apresentar as soluções desenvolvidas na JEC World 2028, em Paris, uma das principais feiras internacionais dedicadas aos materiais compósitos. Até ao final de 2028, o SIMATRIX pretende demonstrar que é possível desenvolver, em Portugal, ferramentas industriais mais inteligentes e perfis compósitos mais sustentáveis, reduzindo a distância entre a simulação digital e a produção em fábrica.

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